Modul 2 KB 1

Kegiatan Belajar 1 Massa Atom, Massa Molar dan Rumus Senyawa Capaian Pembelajaran Menguasai konsep massa atom, massa molar dan rumus senyawa SubCapaian pembelajaran 1. Dapat menentukan massa atom rata-rata dari data data spektroskopi massa 2. Dapat menentukan massa 1 mol unsur dan senyawa dari data massa atom 3. Dapat menentukan hubungan massa dengan mol suatu unsur dan senyawa 4. Dapat menuliskan rumus senyawa dari rumus strukturnya 5. Dapat menentukan hubungan subscript dan dan mol dalam rumus senyawa 6. Dapat menentukan kadar kadar suatu unsur dalam suatu senyawa senyawa Pokok-pokok materi 1. Massa atom, Massa molar dan Rumus Senyawa 2. Bilangan Avogadro dan Massa Molar 3. Hubungan subscript  dengan   dengan mol pada rumus molekul dan rumus senyawa ion 4. Persen komposisi dari senyawa Uraian Materi 1. Massa Atom dan Massa Atom Atom Relatif (Apa pembanding massa atom,Bagaimana menentukan masa atom rata-rata?) Bagaimana cara menentukan berapa buah biji kacang hijau jika anda membeli kacang hijau yang massanya 1 kg? (masyarakat lebih sering memakai istilah berat dibandingkan massa, yang betulnya massa)? Pertanyaan ini analog dengan berapa jumlah atom atom pada isotop C-12 jika massanya 12 g? Anda tidak mungkin menimbang secara langsung satu atom, bukan? Anda tidak mungkin bisa memegang dan menimbang secara langsung 1 atom, atom, tetapi anda bisa memegang dan menimbang satu biji kacang hijau. Tidak ada timbangan untuk menimbang

1

atom!.

Bagaimana

ilmuwan

menggunakan

akalnya

untuk

menentukan massa 1 atom?

1

Massa atom tergantung pada jumlah elektron, proton dan netron yang terdapat pada suatu atom. Pengetahuan massa sebuah atom adalah penting karena sangat berhubungan dengan pekerjaan di laboratorium dan industri. Tetapi atom merupakan partikel yang luar biasa sangat kecil sekali. Bahkan secuil debu terkecil yang masih terlihat mata mengandung sekitar 10 16  atom ! Dengan demikian, jelas kita tidak dapat menimbang satu atom dengan timbangan analitik yang ada di laboratorium (satuan mg), tetapi adalah mungkin menentukan massa satu atom relatif dengan atom lainnya secara eksperimen. Massa sebuah atom sangat kecil. Bagaimana ilmuwan memperoleh datanya? Sebuah atom isotop Carbon-12 mempunyai massa 12 amu ( atomic mass unit ). ). Data ini diperoleh dari spektroskopi massa. Massa molar karbon-12 (mengandung 6,02 x 10 23  atom karbon-12).Seberat apakah 12

adalah 12 g

amu? Berapa gramkah 1 amu? Timbangan yang tersedia di laboratorium dalam satuan mg atau g. Kita bekerja di laboratorium dalam skala g atau mg bahkan dalam skala ton dalam industri, bukan dalam skala amu. Bagaimana hubungan satuan “amu” dengan satuan “g”?Pada “g”? Pada kegiatan 1 ini kita mempelajari rumus struktur, rumus formula, rumus molekul serta hubungannya dengan massa atom dan molekul. Hubungan ini akan membantu kita memahami komposisi unsur pada senyawa. Langkah pertama menentukan massa atom adalah menandai nilai massa satu atom dari unsur agar dapat digunakan sebagai standar.Persetujuan internasional, massa atom adalah massa dari atom dalam satuan “atom atomic ic mas mas s

unit ”(amu). (amu). Satu amu didefinisikan sebagai massa dari seperduabelas massa satu atom Carbon-12.Dengan Carbon-12.Dengan demikian dapat dikatakan bahwa massa atom relatif disingkat “ Ar   Ar ”  adalah massa atom dibandingkan dengan 1/12 massa atom C-12. Secara matematika dapat ditulis sebagai berikut: mass ma ssa a rata rata −  −rrata ata atom atom X

 Ar =

1  atom  atom 12

C −12 amu

mass ma ssa a rata rata −  −rrata ata atom atom X

=

1 amu

Dari persamaan tersebut dapat dikatakan bahwa massa rata-rata atom X = Ar amu.Bagaimana amu.Bagaimanakah kah cara menentukan massa rata-rata suatu atom?

2

Massa atom rata-rata (Bagaimana menentukan massa atom rata-rata?) Jika kita melihat sistem periodik kita akan menemukan bahwa massa atom karbon tidak 12 amu tetapi 12,01 amu. Alasan perbedaan ini adalah kebanyakan unsur terjadi di alam (termasuk karbon) mempunyai lebih dari satu isotop. Ini berarti bahwa jika kita mengukur massa atom suatu unsur kita harus merataratakan massa campuran isotopnya yang terdapat di alam. Sebagai contoh secara alami kelimpahan isotop Carbon-12 yang ditemukan adalah 98,90%, sedangkan Carbon-13 adalah 1,10%. Dengan demikian, isotop Carbon-12 sangat jauh lebih banyak dibandingkan isotop Carbon-13 (Gambar 3). Massa atom Carbon-13 telah ditentukan yaitu 13,00335 amu, sedangkan massa atom Carbon-12 adalah 12,00000 amu. Dengan demikian, massa rata-rata atom Carbon adalah (0,9890 x 12,00000 amu) + (0,0110 x 13,00335 amu) = 12,01 amu. Ini penting untuk dimengerti arti massa atom Carbon 12,01 amu. Artinya adalah massa rata-ratasatu atom Carbon adalah 12,01 amu. Yang ditemukan dialam adalah massa atom 12,00000 amu dan yang lainnya adalah 13,00334 amu dan tidak pernah ditemukan 12,01 amu.Dari mana data kelimpahan isotop dan massa isotop ditemukan?

Gambar 3. Lambang karbon dan isotop karbon Metoda yang akurat untuk menentukan massa atom adalah dengan spektrometer massa. Pada spektrometer massa sampel dalam bentuk gas dihujani

aliran

elektron

berenergi

tinggi

(vidio

pada

https://www.youtube.com/watch?v=sTi--ixdAME). Data yang keluar dari alat

3

spektrometer massa adalah kelimpahan isotop dan massa isotop. Spektrometer massa pertama dikembangkan pada

Mass

tahun 1920-an oleh ahli fisika Inggris FW Aston. Pada

specrotr o

awalnya ditentukan keberadaan isotop Neon-20 (massa

meter

atom 19,9924 amu dan kelimpahan 90,92%) dan Neon-22 (massa atom 21,9914 amu dengan kelimpahan 8,82%). Ketika spektrometer massa yang lebih sensitif tersedia, hal yang mengejutkan ditemukan isotop Neon yang ke tiga dengan massa atom 20,9940 amu dengan kelimpahan 0,257%. (Gambar 4). Contoh ini mengilustrasikan begitu sangat penting eksperimen yang akurat. Eksperimen awalnya gagal mendeteksi Neon-21 karena kelimpahannya hanya 0,257%, artinya hanya 26 buah Ne-21 dalam 10.000 atom Ne. Bagaimana menentukan massa satu molekul? Massa molekul dapat ditemukan dengan cara yang mirip seperti menentukan massa atom yaitu menggunakan spektrometer massa. Massa molekul dapat juga dihitung dengan menjumlahkan massa atom yang terikat pada molekul tersebut.  Contoh latihan ke-1 merupakan perhitungan yang berhubungan dengan kelimpahan isotop.

Gambar 4.Spektrum massa tiga isotop Ne (Changet al ., 2011:69)

4

Contoh latihan ke-1 Tembaga (Cu), merupakan logam yang telah dikenal sejak zaman dahulu (Gambar 5). Tembaga digunakan pada kabel listrik dan uang koin. Massa atom dari dua isotop stabil adalah Cu-63 (69,09 %) dan Cu-65 (30,91%) berturut-turut adalah 62,93 amu dan 64,9278 amu. Hitung massa rata-rata atom Cu. Berapakah massa atom relatifnya (Ar  Cu) Konsep Masing-masing isotop berkontribuasi ke massa atom rata-rata berdasarkan kelimpahannya (persentasenya) Strategi pemecahan Massa rata-rata atom Cu = (0,6909)(62,93 amu) + 0,3091)(64,9278 amu) = 63,55 amu  Ar  Cu =

Massa rata −rata Cu 1 massa 12

C−12 amu

 =

63,55 amu 1 massa 12

C−12 amu

  =63,55

Gambar 5.Tembaga (Cu) dan struktur tembaga.

Penguatan konsep Massa rata-rata atom tentu massa diantara dua isotop tersebut. Massa rata-rata atom Cu tentu lebih dekat ke 62,93 amu dibandingkan ke 64,9278 amu. Massa atom relatif tidak punya satuan karena dibandingkan dengan 1/12 massa C-12 Pertanyaan lanjutan Tentukanlah massa 100 atom Cu, massa 1 mol atom Cu Tentukanlah massa 3,01 x 10 23 atom Cu Massa atom banyak unsur telah ditentukan secara akurat dan dinyatakan dalam 5 sampai 6 angka bermakna. Pada sistem periodik dicantumkan massa atom relatif.Sistem periodik modern dapat di download dari play store pada HP (buka  play store  ketik kata kunci “table peridic”, pilih tabel peridik 2018, dapat dipilih Sistem periodik terbaru). Pada sistem periodik tersebut massa atom ratarata ditulis sampai 6 angka dibelakang koma.Lebih teliti bukan? Pada tabel sistem periodik yang dimuat di bagian belakang cover buku ini, massa atom ditulis hanya 3 sampai 4 angka bermakna (dua di belakang koma). Untuk penyerderhanaan, kata "massa rata-rata" tidak ditulis pada sistem periodik. Makna angka ini adalah massa rata-rata 1 atom unsur atau kita sederhanakan menjadi massa 1 atom unsur. Massa atom ini dibandingkan dengan 1/12 isotop C-12 sehingga dinamakan massa atom relatif (Ar ).

5

2. Bilangan Avogadro dan Massa Molar (Bagaimana menentukan massa molar?) Dalam situasi nyata di laboratorium dan industri, kita berurusan dengan makroskopik yaitu zat yang dapat dilihat dan dipegang, sedangkan sampel mengandung sejumlah besar atom. Oleh karena itu, mudah untuk memiliki satuan khusus yang menggambarkan sejumlah besar atom. Ide satuan yang merupakan notasijumlah objek tertentu bukanlah halbaru. Sebagai contoh 1 pasang (2 item), 1 lusin (12 item), 1 gross (144 item), 1 kodi (20 item) dan 1 rim (500 item). Semua satuan ini sangat kita kenal. Ahli kimia menggunakan satuan mole disingkat mol yangmerupakan satuan SI untuk jumlah zat. Definisi SI mol merujuk ke sejumlah atom yang terdapat tepat pada 12 g isotop Carbon-12. Berapakah

angkanya?.

Angka

sesungguhnya

telah

ditentukan

secara

eksperimen. Telah banyak eksperimen yang dilakukan untuk menentukannya.  Angka yang baru-baru ini diterima adalah 6,0221415 x 10 23, dibulatkan menjadi6,022 x 1023. Angka ini dikenal sebagai bilangan Avogadro, penghargaan kepada ilmuwan Italia Amedeo Avogandro. Dengan demikian,1 lusin jeruk terdapat 12 jeruk, 1 mol Carbon mengandung 6,022 x 10 23  atom Ca, 1 mol tembaga mengandung 6,022 x 10 23 atom Cu. Seberapa besar bilangan Avogadro sulit untuk dibayangkan. Sebagai ilustrasi 6,022 x 10 23 jeruk dapat menutupi permukaan bumi yang tebalnya 9 mi ke udara!. Menghitung 1 lusin jeruk sangat sebentar, tetapi berapa lama kita menghitung jeruk sebanyak 6,022 x 10 23 jikasetiap detik kita dapat menghitung hanya 10 jeruk? Dengan demikian, angka 6,022 x 10 23merupakan angka yang sangat besar dan sangat cocok digunakan sebagai satuan jumlah atom, molekul, ion yang ukurannya sangat kecil sekali.Gambar6 memperlihatkan sampel yang mengandung 1 mol dari unsur dan senyawa. Kita telah mengetahui bahwa 1 mol Carbon-12 massanya 12 g dan mengandung 6,022 x 10 23 atom. Massa Carbon-12 ini dinamakan massa molar  yang didefinisikan sebagai massa dalam g atau kg dari 1 mol atom Carbon. Lebih umum lagi dapat dinyatakan bahawa massa molar adalah massa 1mol unsur atau senyawa yang dinyatakan dalam g  (g dapat diubah ke kg atau ton). Dengan demikian, massa 1 atom Natrium adalah 22,99 amu dan massa molarnya tentu 22,99 g. Massa 1 atom Phophorus adalah 30,97 amu, tentu

6

massa molarnya adalah 30,97 g. Dengan demikian, jika kita mengetahui massa 1 atom suatu unsur kita akan dapat menentukan massa molarnya (massa 1 mol) unsur tersebut. Data massa 1 atom suatu unsur dapat dilihat pada sistem periodik modern.

Gambar6. Satu mol O2,H2O dan NaCl (Brown et al .,2012:89). Dari data massa molar dan bilangan Avogadro, kita dapat menghitung massa 1 atom dalam satuan gram. Sebagai contoh kita mengetahui massa molar Carbon-12 adalah 12 g dan terdapat 6,022 x 10 23  atom Carbon-12. Berapakah massa 1 atom Carbon-12 ? Pertanyaan ini analog dengan 1 kg jeruk terdapat 8  jeruk, berapa massa 1 jeruk? Dengan demikian,

massa 1 atom Carbon-12

adalah

Bagaimanakah hubungan “amu” dengan “g ram”? Karena massa setiap atom Carbon-12 tepat 12 amu, maka hubungan amu dan gram adalah sebagai berikut

; Dengan demikian,1 gram = 6,022 x 1023 amu

7

Tentu, 1 amu =

1 grsm 6,022  10 23

=1,66 x 10-24 gram =0,000 000 000 000 000 000 000 00166 gram Dengan demikian, 1 gram = 6,022 x 10 23 amu, sedangkan 1 amu = =0,000 000 000 000 000 000 000 00166 gram. Bilangan Avogadro dapat digunakan untuk mengubah amu ke gramdan sebaliknya. Seberapa besar 1 amu? Suatu kenyataan yang luar biasa. Angka yang sangat kecil. Tidak ada satu timbanganpun di dunia ini yang dapat menimbang 1 amu.Timbangan analitik yang terdapat di laboratorium hanya dapat menimbang benda dalam satuan mg dengan empat di belakang koma!. Notasi bilangan Avogadro (1 mol X = 6,02 x 10 23 atom) dan massa molar (1 mol X = massa molar X) dapat digunakan sebagai faktor konversi. Faktor konversi ini menghubungkan antara massa dan mol dari atom dan antara mol dan jumlah atom. Kita menggunakan faktor konversi berikut dalam perhitungan, dimana X adalah simbol unsur. Penggunaan faktor konversi ini dapat dilihat pada contoh latihan ke-2. Penggunaan faktor konversi yang lain dapat dilihat pada contoh latihan ke-3, 4 dan 5.

8

Contohlatihan ke-2 Seng (Zn) adalah logam seperti perak yang digunakan untuk membuat kuningan dan diplating ke besi untuk mencegah korosi (Gambar 7). Berapa mol Zn pada 45,9 g Zn. (Ar  Zn adalah 65,39). Konsep  Apa arti Ar  Zn=65,39? Artinya adalah 1. Massa 1 atom Zn= 65,39 amu 1   65,39  Faktor konversinya adalah  atau 65,39 

2. Massa 1 mol Zn = 65,39 g 1  Faktor konversinya adalah



65,39  

1  

65,39  

 atau

1  

 Apa faktor konvesi untuk mengubah gke mol?. Faktor konversi yang dipilih yang mana? Strategi pemecahan g Zn→ ? mol Zn 45,9 g Zn x

1 mol Zn  65,39g 

= 0,702 mol Zn

Gambar 7. a.Seng (Zn) danb. Struktur kristal Zn

Dengan demikian 45,9 g Zn adalah 0,702 mol Zn Penguatan konsep 45,9 g Zn adalah lebih kecil dari massa molar Zn, kita memang mengharapkan hasil lebih kecil dari 1 mol. Pertanyaan kedua Berapa jumlah atom pada 45,9 g Zn? Konsep 1 mol Zn =6,022x10 23atom Zn Faktor konversinya 6,022  10 23 atom Zn

  atau

1 mol Zn

6,022  10 23 atom Zn

1 mol Zn

 Apa faktor konversi untuk mengubah mol ke atom ? Strategi Mol Zn→? Atom Zn 0,702 mol Znx

6,022  10 23 atom Zn 1 mol Zn

= 4,227 x 1023 atom Zn

Pengutan konsep Jumlah 1mol Zn adalah 6,022x10 23  atom Zn. Karena  jumlah atom Zn kurang dari satu mol, maka jumlah atomnya kurang dari 6,022x10 23 buah. Pertanyaan ini analog dengan berapakah harga 10 goreng pisang jika harga 1 goreng pisang adalah Rp 1500 atau berapa goreng pisangkah kita dapat beli jika uang kita Rp 5000? Sangat mudah bukan? Note Sahabatku, guruku. Anakdidikku, mahasiswaku !Jangan digunakan rumus mol =     atau mol= . Rumus ini tidak ada maknanya, tidak logis dan tidak 

 

digunakan lagi.

9

Contoh latihan ke-3. Sulfur adalah unsur non logam yang terdapat pada batu bara (Gambar 8). Ketika batu bara dibakar sulfur diubah ke sulfur oksida dan selanjutnya ke asam sulfat yang mengakibatkan penomena hujan asam. Berapa atom terdapat pada 25,1 g sulfur? Konsep 1 mol S = 32,07 g S 1 mol S = 6,022 x 1023 atom S Strategi Pemecahan g S → ? mol S→? atom S 25,1 g S x

6,022  10 23 atom S

1 mol S 32,07 g S

x

1 mol S

  = 4,71 X 10 23

atom Dengan demikian 4,71 x 10 23 atom S dalam 25,1 g S Penguatan konsep  Apakah 25,1 g S mengandung jumlah atom yang lebih sedikit dari 1 mol? Berapa massa S yang mengandung sebanyak bilangan Avogadro? Pertanyaan lanjutan Hitunglah jumlah atom pada 0,551 g potasium (K)

Gambar 8. Sulfur (S) dan strukturnya

Contoh latihan ke-4 Perak (Ag) adalah logam berharga yang terutama digunakan sebagai perhiasan (Gambar 9). Berapa massa satu atom perak dalam g dan dalam amu? Konsep 1 mol Ag = 6,022 x 10 23 atom Ag 1 mol Ag = 107,9 g Ag 1 gram = 6,022 x 1023 amu, Strategi Pemecahan 6,022 x 1023 atom Ag = 107,9 gram Ag Massa 1 atom Ag = 107 gram Ag

=

6,022  10 23

x

107 gram Ag 6,022  10 23

= 17,7682 g Ag

6,022  10 23 amu 1 gram

= 107,9 amu Penguatan konsep Karena massa 6,022x 1023 atom Hg adalah 107,9 g, tentu massa 1 atom Ag sangat-sangat kecil. Pertanyaan lanjutan Berapa massa dalam g 1 atom Iodin? Mana dari pilihan berikut yang mengandung jumlah atom paling banyak? (a). 2 g He (b). 110 g Fe (c) 220 g Al

Gambar 9. Perak (Ag) dan struktur perak

10

Massa molekul dan massa molar Jika kita mengetahui massa atom dari atom yang terikat pada suatu molekul kita dapat menghitung massa molekul tersebut bukan? Massa molekul adalah jumlah massa atom pada molekul tersebut. Massa molar molekul merupakan massa 1 mol molekul tersebut. Kita sangat mudah menentukan massa molekul jika rumus molekulnya telah diketahui. Sebagai contoh, Air mempunyai rumus molekul H 2O. Apa artinya rumus molekul ini? Rumus molekul H2O dapat diartikan bahwa 1 molekul H 2O terikat 2 atom H dan 1 atom O secara kovalen. Model molekul dari rumus molekul H 2O dapat digambarkan sebagai model a. Ball-and-stick  atau b. Model space-filling   (Gambar 12).Dengan demikian massa 1 molekul H2O adalah 2 massa atom H ditambah 1 massa atom O. Contoh latihan ke-5 Kita tidak dapat hidup tanpa air. Sekitar 80% air terdapat di setiap sel kita. Hitung berapa massa 1 molekul H2O? Hitung juga massa 1 mol air ? (Diketahui  Ar  O=16, H=1) Konsep 1 molekul H2O = 2 atom H + 1 atom O 1 mol H2O = 6,022 x 1023 molekul H2O Strategi pemecahan Massa 1 molekul H2O= massa 2 H + massa 1 O = (2x1,008 amu) + (16,00 amu) = 16,02 amu Massa 1 mol H2O = 6,022 x 1023 x 16,02 amu 1 gram =6,022x1023x 16,02 amux 23 6,022  10

Gambar 10.a.Air (H2O) dan model molekulnya

amu

= 16,02 gram Dengan demikian, massa 1 molekul air adalah 16,02 amu, dan massa 1 mol H 2O adalah 16,02 gram.  Angkanya sama tetapi satuannya berbeda ! Penguatan konsep Kita dapat menghitung massamolekuljika kita mengetahui rumus molekulnya. Pertanyaan lanjutan Berapakah massa 10 molekul H 2O? Berapakah massa 2 mol molekul H 2O ? Berapa massa atom hidrogen pada 1 molekul H 2O Berapa massa atom oksigen pada 1 molekul H 2O

Gambar 10.b. Satu mol air (H2O), dan 1 molekul air

Berapa massa hidrogen pada 1 mol H 2O Berapa massa oksigen pada 1 mol H 2O Berapa massa oksigen pada 2 mol H 2O

11

Berapa massa oksigen pada 18,02 gram H 2O Berapa massa hidrogen pada 18,02 gram H 2O Berapa atom oksigen pada 1 molekul H 2O Berapa atom oksigen pada 2 molekul H 2O Berapa atom oksigen pada 1 mol H 2O Berapa atom hidrogen pada 1 mol H 2O

Contoh latihan ke-6  Anda tentu pernah mencicipi kopi dan teh bukan? Pada teh dan kopi terdapat kafein (C 8H10N4O2) (Gambar 11). Hitunglah massa molekul kafein. Konsep Pada satu molekulC 8H10N4O2 terdapat 8 atom, 10 atom H, 4 atom N dan 2 atom O. Strategi pemecahan Untukmenghitung masa molekul kita perlu jumlah massa dari atom-atom pada molekul tersebut.Massa 1 molekul C8H10N4O2= 8(12,01 amu)+10(1,008 amu)+4(14,01 amu)+2(16,00 amu) = 194,20 amu Penguatan konsep Pertanyaan ini sangat mudah dijawab dengan memperhatikan rumus molekul dan rumus struktur kafein Pertanyaan lanjutan Dapatkah dihitung berapa massa 2 molekul kafein? Berapakah massa 1 mol kafein? Berapa atom C kah terdapat pada 1 molekul kafein Berapa atom C kah terdapat pada 2 molekul kafein? Berapa massa atom C pada 1 molekul kafein Berapa massa atom C pada 1 mol kafein?

Gambar 11. a. Secangkir kopi, b. Model molekul kafein (C8H10N4O2)

3. Hubungan  s ubcs cr ipt dengan mol pada rumusmolekul dan rumus senyawa ion (Bagaimana hubungan s ubs cr ipt  dengan mol pada rumus kimia?)  Ahli kimia menggunakan rumus kimia (simbol kimia) untuk menyatakan komposisi pada senyawa molekul dan senyawa ion. Pada setiap rumus kimia suatu senyawa tidak hanya menyatakan unsur yang terdapat dalam suatu senyawa tetapi juga menyatakan perbandingan atom-atom yangberikatan. Pada bagian ini kita terutama membahas dua tipe rumus kimia yaitu rumus molekul

12

dan rumus empiris.Rumus senyawa ion  merupakan rumus empiris. Dengan demikian, kita mengenal rumus molekul, rumus empiris dan rumus senyawa ion. Selain itu kita mengenal juga rumus struktur. Rumus molekul Suatu rumus molekul memperlihatkan secara pasti jumlah dari atom unsur yang berikatan membentuk molekul melalui ikatan kovalen. Sebagai contoh rumus molekul hidrogen adalah H 2, rumus molekul oksigen adalah O 2, rumus molekul ozon adalah O 3, rumus molekul air adalah H 2O. Oksigen dan ozon adalah allotrope  yaitu molekul yang berbeda dari atom yang sama. Sifat ozon berbeda dengan oksigen. Contoh lain, allotrope adalah diamond dan grafit. Sifat diamond sangat berbeda dengan grafit.Untuk memudahkan memahami rumus molekul kita menggunakan model molekul. Model molekul Molekul sangat kecil sekali untuk diamati secara langsung. Sangat efektif mengvisualisasikannya dengan menggunakan model molekul. Dua tipe standar model molekul adalah model ball-and stick  dan model space-filling  (Gambar 12).

Gambar 12.Rumus struktur dan rumus molekul hidrogen air, amonia dan metana

13

Pada model ball-and-stick , atom adalah bola kayu atau bola plastik yang berlubang. Stick   atau pegas digunakan untuk melambangkan ikatan kimia. Sudut yang terbentuk antara atom mendekati sudut ikatan pada molekul sesungguhnya. Setiap atom dilambangkan dengan warna yang spesifik Pada model space-filling , atom dipresentasikan dengan bola terpotong yang disatukan sehingga ikatan tidak terlihat. Bola sebanding dengan ukuran atom.Langkah pertama membuat model molekul adalah menulis

rumus

struktur nya yang menunjukkan bagaimana atom terikat satu sama lain dalam sebuah molekul. Misalnya untuk air, rumus strukturnya diilustrasikan bahwa dua atom H terikat pada atom O. Oleh karena itu, rumus struktur air adalah H — O — H. Sebuah garis yang menghubungkan kedua simbol atom melambangkan ikatan kimia.Model ball-and-stick   menunjukkan susunan atom pada molekul dalam bentuk tiga dimensi. Model space-flling   lebih akurat dalam ukuran atom. Kelemahan model ini adalah memerlukan waktu untuk menyatukan atom dan model ini tidak menunjukkan posisi atom dalam tiga dimensi dengan sangat baik. Walaupun demikian kedua model digunakan untuk mempelajari struktur suatu senyawa. Dengan menggunakan model molekul kita lebih mudah memahami rumus molekul.Apakah makna subscript   pada H2O? Pada H2O, subscript   H adalah 2, sedangkan subscript   O adalah 1. Apa artinya? Pada 1 molekul H 2O terikat 2 atom H dan 1 atom O. Berapakah massa 1 molekul H 2O? Apakah hubungan subscript   dengan

mol

pada

rumus

molekul?Dengan

demikian, s ubs cr ipt 

menunjukkan  jumlah  dan dapat dinyatakan sebagai mol. Perhatikan informasi rumus molekul air (H2O) pada Tabel 1. Tabel Informasi dari rumus molekul air (H2O) Istilah Molekul dan atom

Molekul H2O 1 molekul

Atom H 2 atom H

Atom O 1 atom O

Massa (amu) Jumlah (mol) Massa molar (g)

18 amu 1 mol 18 g

2 amu 2 mol 2g

16 amu 1 mol 16 g

14

Rumus empiris Rumus molekul hidrogen peroksida, zat yang digunakan sebagai antiseptik dan sebagaizat pemutih untuk tekstil adalah H 2O2. Formula ini menunjukkan bahwa setiap molekul peroksida terdiri dari 2 atom hidrogen dan 2 atom oksigen. Rasio atom hidrogen dengan atom oksigen dalam molekul ini adalah 2: 2 atau 1: 1.Rumus empiris darihidrogen peroksida adalah HO. Dengan demikian, rumus empiris memberi tahu kita atom-atom yang terikat dan rasio paling sederhana

dari

atom-atomnya.Sebagai

contoh

lain,

perhatikan

senyawahydrazine (N 2H4), yang digunakan sebagai bahan bakar roket. Rumus empiris hydrazine adalahNH 2. Meskipun rasio nitrogen terhadap hidrogen adalah 1:2 di kedua rumus molekul(N 2H4) dan rumus empiris (NH 2). Hanya rumus molekul hydrazine yang memberi tahu kita yang sebenarnyajumlah atom N (dua) dan atom H (empat) yang ada terikat pada 1 molekul hydrazine.Untuk kebanyakan molekul, rumus molekul dan rumus empiris adalah satu dan sama. Beberapa contoh adalah air (H 2O), amonia (NH3), karbon dioksida (CO2) dam metana (CH4). Rumus empiris adalah rumus kimia paling sederhana. Rumus ini ditulis dengan mengurangi subscript dalam rumus

Rumus empiris

molekul ke bilangan bulat paling kecil. Rumus molekul

dan rumus

adalah rumus yang memberitahu kita jumlah dan jenis

molekul

atom yang sesungguhnya terikat pada suatu molekul. Jika kita mengetahui rumus

molekulnya, kita dapat

menentukan rumus empirisnya, tetapi tidak sebaliknya.Apakah perbedaan rumus empiris

dengan

rumus

molekul?

Perhatikan

vidio

pada

https://www.youtube.com/watch?v=wnRaBWvhYKY. Rumus senyawa ion Senyawa ion yang berujud padat akan membentuk kristal dengan partikelpartikel terkecil ion positip dan ion negatip.Partikel-partikel ini bersusun selang seling melalui ikatan ion yang kuat. Setiap ion positip akan dikelilingi oleh ion negatif dan begitu pula sebaliknya Senyawa ion tidak terdiri dari satuan molekul terpisah. Senyawa ion, misalnyanatrium klorida (NaCl) terdiri dari sejumlah ion Na+ dan ion Cl- yang sama. Ion-ion diatur dalam ruang tiga dimensi (Gambar13). Pada NaCl, rasio kation dan anion adalah 1:1 sehingga senyawa ini netral.

15

Dengan demikian, NaCl adalah rumus empiris untuk natrium klorida. Dalam senyawa ionik lainnya,struktur sebenarnya mungkin berbeda, tetapi pengaturan kation dan anion adalahsedemikian rupa sehingga senyawa netral. Muatan padakation dan anion tidak ditunjukkan dalam rumus senyawa ion.Agar senyawa ion menjadi netral secara listrik, jumlah muatan kation dan anion di setiap satuan rumus harus nol.Rumus senyawa ionik merupakan rumus paling sederhana yang dikenal dengan rumus empiris. Dengan demikian, subscript harus selalu direduksi menjadi rasio terkecil. Kita menggunakan istilahmassa formula (massa rumus) untuk senyawa ion sebagai pengganti massa molekul untuk senyawa kovalen. Satuan formula NaCl terdiri dari 1 ion Na + dan 1 ion Cl -. Dengan demikian, massa formula NaCl adalah massa satuan formula. Apakah hubungan s ubs cr ipt   dengan mol pada senyawa ion dan rumus molekul? Marilah diperhatikan contoh latihan ke-6, ke7.Bagaimanakah bentuk Contoh latihan ke-7 Garam dapur (NaCl) adalah sebagai pemantap rasa. Tanpa tambahan sedikit NaCl masakan kita hambar dan kurang disukai. NaCl adalah senyawa ion. Struktur kristal NaCl (Na+ bola putih dan Cl -  bola kuning)dimuat pada Gambar13.Tentukanlah hubungan subscript   pada rumus formula NaCl dengan mol? Konsep Satuan formula NaCl terikat 1 Na + dan 1 ClMassa satuan formula NaCl = 1 ionNa + + 1 ionCl=23amu+35,5amu= 58,5 amu Massa 1 mol NaCl= 1 mol Na ++ 1 mol Cl= 23 g + 35,5 g = 58,5 g Strategi pemecahan Pada NaCl, subscript  Na adalah 1, subscript Cl adalah 1 Pada NaCl, 1 ion Na +  dan 1 ion Cl -  untuk satuan formula. Jika ion Na +  10, tentu ion Cl-  10. Jika ion Na+20, tentu ion Cl- 20, jika ion Na + 1 mol tentu ion Cl - 1 mol, Jika ion Na + 20 mol tentu ion Cl - 20 mol. Penguatan konsep Rumus senyawa ion merupakan rumus empiris. Dengan demikian, subscript   pada rumus formula (senyawa ion) menunjukkan perbandingan mol paling sederhana. Pertanyaan lanjutan Berapa mol Na+ pada 1 mol NaCl

Gambar 13.NaCl dan struktur kristalnya

16

Berapa mol Cl- pada 58,5 g NaCl Berapa massa Na+ pada 1 mol NaCl Berapa massa Cl- pada 2 mol NaCl Contoh latihan ke-8 Metana (CH4) adalah komponen utama gas alam. Gas ini terdapat pada tabung gas elpiji yang digunakan untuk memasak. Berapakah mol karbon terdapat pada 32 gmetana Konsep CH4 adalah rumus molekul 1 mol CH4 = 1 mol C + 4 mol H = 12 g + 4 g = 16 g Strategi pemecahan 32 g CH4→? mol CH4→? mol C 32 g CH4 x

1 mol CH4 16 g CH4

x

1 mol C 1 mol CH4

 = 2 mol C

Penguatan konsep Subscript  pada rumus molekul menunjukanperbandingan mol. Selalu perhatikan dengan seksama subscript   pada rumus molekul.Pada CH4 terdapat 1 mol C dan 4 mol H, jika C 2 mol tentu H 8 mol, jika C 10 mol tentu H 40 mol dan seterusnya Pertanyaan lanjutan Berapa mol hidrogen terdapat pada 32 g metana Berapa gram hidrogen terdapat pada 10 mol metana Berapa gram karbon terdapat pada 8 g metana Berapa atom hidrogen terdapat pada 8 g metana

Gambar 14. Gas alam mengandung terutama metana (CH4).

Contoh latihan ke-9. Urea digunakan sebagai pupuk, makanan binatang, bahan baku pembuatan polimer serta sebagai sumber nitrogen bagi  Acetobacter xylinumpada pembuatan nata (Gambar 15). Berapa jumlah atom hidrogen yang terdapat pada 43,8 g urea [(NH 2)2CO]. Massa molar urea adalah 60,06 g. Konsep Perhatikan rumus struktur dan rumus senyawa urea. Satu molekul urea terikat 2 atom N, 4 atom Hdan 1 atom O. Oleh sebab itu, pada 1 mol (NH 2)2CO terdapat 2 mol N, 4 mol H, 1 mol C dan 1 mol O Strategi pemecahan 43,8 g urea→? mol urea→?mol H→?atom H 43,8 g urea x

1 mol urea 60,06 g urea

1,76x1024 H Penguatan konsep

x

4 mol H

1 mol urea

x

6,022  10 23 H 1 mol H

=

Gambar 15.Urea [(NH2)2CO] dan Struktur molekulnya

17

 Apakah masuk akal jawaban ini Pertanyaan lanjutan Berapa atom Nirogen dalam 43,8 g urea Berapa gram Nitrogen dalam 43,8 g urea Berapa mol Oksigen dalam 40 g urea

4. Persen komposisi dari senyawa dan rumus senyawa (Bagaimana hubungan komposisi unsur dengan rumus senyawa) Seperti yang telah kita lihat rumus suatu senyawa menceritakan jumlah atom dari setiap unsur pada satuan dari senyawa. Rumus senyawa memberikan informasi jumlah atom masing-masing unsur dalam satu satuan senyawa. Persen

komposisi

unsur   dalam

suatu

senyawa

dapat

membuktikan

kemurniandari senyawa tersebut. Kita bisa menghitung berapa persendari total massa senyawa disumbangkan oleh masing-masing unsur dari rumus senyawa dan membandingkan hasilnya dengan komposisi persen yang diperoleh secara eksperimen.Komposisi persen  adalah persen dengan massa dari setiap unsur dalam suatu senyawa.Komposisi persen diperoleh dengan membagi massa setiap unsur dengan massa molar dari senyawa dan mengalikan dengan 100 persen. Peresen komposisi unsur pada peroksida dan vitamin C dimuat pada Contoh latihan ke-10 dan ke 11.

Contoh latihan ke-10 Hidrogen peroksida (H 2O2) adalah cairan bening, agak lebih kental dibandingkan air, merupakan oksidator kuat.Hidrogen peroksida memiliki sifat antibakteri, anti jamur Tentukanlah berapa persen hidrogen, oksigen pada peroksida? Konsep Indek menunjukkan mol Perhatikan rumus peroksida dan struktur molekulnya 1 mol H2O2 = 2 mol H + 2 mol O = 2(1,01) gram H + 2(16) gram = 2,02 g H + 32 g O =34,02 g Stategi pemecahan Persentasi O tentu massa Oksigen dibagi massa keseluruhan dan dijadikan persen (perseratus). Begitu  juga persentase H

Gambar 16. Hidrogen peroksida (H2O2)

18

32 g oksigen 34,02 g H2O 2

x 100% = 94,0623 %

2,02 g oksigen 34,02 g H2O 2

x 100% = 5,9377 %

Penguatan konsep Jika kita menggunakan rumus empiris HO, kita memperoleh angka persentase yang sama. Hal ini karena rumus molekul dan rumus empiris menggambarkan persen komposisi massa unsur.Dengan demikian,persen komposisi unsur pada suatu senyawa dapat menentukan rumus empiris. Pertanyaan lanjutan Tentukan komposisi massa karbon, hidrogen dan oksigen pada asam cuka (CH 3COOH). Asam cuka sering ditambahkan pada miso dan soto untuk menambah cita rasa. Contoh latihan ke-11 Vitamin C (asam askorbat) dapat digunakan untuk penyembuhan sariawan. Komposisi vitamin C adalah 40,92 % karbon (C), 4,58% hidrogen (H), dan 54,50% (O). Tentukanlah rumus empirisnya. Konsep Subscript   pada rumus kimia menunjukkan perbandingan mol. Subscript   adalah bilangan bulat dan sederhana. Strategi pemecahan persen massa pada data diubah ke mol rumus empirisnya C xHyOz x = 40,92 g C x y = 4,58 g H x

 1mol C 12,01 g C 1mol H

1,008 g H

z = 54,50 g O x

= 4,540

1 mol O 16 g O

= 3,407

= 3,406

x:y:z= 3,407 : 4,540 : 3,406 = 1 : 1,33: 1 =3:4:3 Dengan demikian, rumus empiris vitamin C adalah C3H4O3 Penguatan konsep  Apakah subscript   telah bilangan bulat dan paling sederhana? Pertanyaan lanjutan Tentukanlah rumus empiris dari komposisi senyawa dengan massa K 24,75%, Mn 34,77% dan O 40,51%.

Gambar 17Vitamin C (C6H8O6) dan struktur molekulnya

19

Pada kenyataannya kita dapat menghitung rumus empiris dari senyawa jika kita mengetahui persen komposisinya yang diperoleh secara eksperimen. Langkah-langkah menentukan rumus empiris adalah menentukan massa setiap unsur yang terdapat pada suatu senyawa, kemudian merubah angka tersebut ke mol dari setiap unsur pada senyawa tersebut. Bagaimana para ahli menentukan rumus empiris etanol menggunakan alat seperti pada Gambar 18?Ketika etanol dibakar dalam alat tersebut, CO 2 dan H2O hasil pembakaran diserap oleh absorben pada pipa U. Kenaikan massa pipa U adalah massa CO 2 dan H2O yang dihasilkan akibat pembakaran etanol.

Gambar 18. Alat menentukan rumus empiris etanol (Chang et al ., 2011:73) Misalnya suatu eksperimen pembakaran 11,5 g etanol menghasilkan 22 g CO 2 dan 13,5 gram H2O. Kita dapat menghitung massa karbon dan hidrogen yang berasal dari 11,5 g sampel sebagai berikut

Dengan demikian 11,5 g etanol mengandung 6,00 g C dan 1,51 H, tentu massa oksigen = massa sampel -(massa C + massa H) = 11,5 g- (6,00 g + 1,51 g)= 4,06 Jumlah mol C H dan O adalah sebagai berikut

20

Subscript   pada rumus kimia harus bilangan bulat dan sederhana. Oleh sebab itu, angka mol di atas dibagi dengan angka terkecil yaitu 0,25. O leh sebab itu rumus empiris etanol adalah C 2H6O. Kata empiris pada rumus empiris dapat diartikan berdasarkan “observasi dan pengukuran”. Dengan demikian , rumus empiris ditentukan dari analisis komposisi unsur penyusun senyawa secara eksperimen. Bagaimana menentukan rumus molekul? Data persen komposisi massa selalu menghasilkan rumus empiris karena subscript pada rumus empiris selalu bilangan terkecil dan bulat. Untuk menentukan rumus molekul kita harus mengetahui massa molar perkiraan dari senyawa tersebut disamping rumus empirisnya. Kita dapat menggunakan massa molar untuk menemukan rumus molekul seperti contoh berikut Contoh latihan ke-12 Suatu sampel senyawa mengandung 1,52 g Nitrogen (N) dan 3,47 g Oksigen (O). Massa molar senyawa ini antara 90 g dan 95 g. Tentukanlah rumus molekul senyawa tersebut. Konsep Untuk menentukan rumus molekul kita harus menentukan rumus empiris terlebih dahulu Subscript  menunjukkan mol pada rumus empiris dan rumus molekul Strategi pemecahan mol N = 1,52 g N x mol O = 3,47 g O x

1 mol N 14 g N 1 mol O 16 g O

= 0,108 mol N = 0,217 mol O

Subscript   pada formula N 0,108O0,217  dijadikan bilangan bulat dan sederhana dengan cara membagi subscript   dengan 0,108. Rumus empiris yang diperoleh adalah NO 2 Massa molar empiris adalah 14, 01 g + 2(16,00 g) = 46,01 g Perbandingan massa molar dengan massa molar empiris adalah

21

massa molar massa molar empiris

=

90 g 46,01 g

 2

~

Dengan demikian, massa molarnya 2 kali massa molar empirisnya. Ini berati ada 2 unit NO2. Dengan demikian, rumus molekulnya adalah N 2O4. Massa molar sesungguhnya adalah 2 kali massa molar empiris yaitu 2x 46,01g = 92,02 g.  Angka ini terletak antara 90 g dan 95 g. Massa molar adalah perkalian bilangan bulat dari massa molar empiris. Oleh sebab itu, perbandingan massa molar dengan massa molar empiris selalu bilangan bulat.

Rangkuman 

Massa atom adalah massa dari atom dalam satuan “atomic mass unit” (amu). Satu amu didefinisikan sebagai massa dari seperduabelas massa satu atom Carbon-12.



Definisi SI mol  merujuk ke sejumlah atom yang terdapat tepat pada 12 g isotop Carbon-12. Angka yang baru-baru ini diterima adalah 6,0221415 x 10 23, dibulatkan menjadi 6,022 x 10 23.



Kita dapat mengetahui hubungan g dan amu (1 g =6,022 x 10 23 amu) berdasarkan data massa molar Carbon-12 adalah 12 g dan terdapat 6,022 x 1023 atom Carbon-12



Rumus empiris  adalah rumus yang menunjukkan jumlah dan tipe atom dalam senyawa dengan perbandingan terendah dan bilangan bulat.



Rumus molekul  adalah rumus yang menunjukkan jumlah dan jenis atom sesungguhnya pada molekul.



Massa molekul  adalah jumlah massa atom pada molekul tersebut. Massa molar   molekul merupakan massa 1 mol molekul tersebut. Massa molar adalah massa 1 mol.



Rumus senyawa ionik  merupakan rumus paling sederhana yang dikenal dengan rumus empiris

22